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IoT概念带来智能家庭新愿景

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财团法人信息工业策进会工程师江肇元

财团法人信息工业策进会工程师江肇元提到,30年前的电视影集就有想以计算机来控制环境的想法,到最近几年才真的有智能家庭时代来临的感觉。我们希望家电设备之间能够互动,并透过互联网由手机、智能手表来做监控,也透过网络取得医疗照护。目前商品化范例有Apple HomeKit和Google Thread。

若家中家电或装置支持HomeKit,就可使用低功耗蓝牙(Bluetooth Low Energy; BLE)跟你的iPhone/iPad/AppleWatch或AppleTV联机,苹果提供认证机制;若要连外并透过云端控制,则需以AppleTV作为Gateway。从HomeKit协定堆叠来看,BLE层提供Attribute Profile (ATT)层服务,JSON、HTTP、TCP与IP层则负责互联网的沟通;上面再堆砌一个HomeKit Accessory Protocol,以及HomeKit应用。

至于Google Thread使用ZigBee 802.15.4技术,任何ZigBee装置透过软件升级支持Thread;由电池或太阳能供电的浅灰色装置(Sleep device),连接有插电、充当路由的蓝色装置(Router),最后连接到提供Wi-Fi或其它无线技术的深灰色Border Router。从Thread堆叠协定来看,最底层是Physical Radio(PHY)与802.15.4 MAC,往上则是6LoWPAN与Distance Vector Routing,能简短的区网定址或展开成IPv6位址;其舍TCP/IP而就UDP+DLTS通讯协议,在偏区网的环境下可发挥较高的传输效率。

寻求跨平台共通精神的软件开发

还有其它像Intel的OCF(原名OIC)的IoTivity、高通的AllSeen AllJoyn等,操作系统则有ARM针对Cortex CPU的mbed、Google的Brillo、嵌入式Linux与开源的Contiki等;硬件平台则有Arduino、Raspberry Pi,以及芯片供应商Intel Quark、Marvell Xscale等。这些平台虽规格不同互共通,但有些精神共通,象是精简化的硬件设备、软件环境,与互联、互通的能力,其具备的Gateway能力,在家庭自动化的角色也会越来越重要。

软件部份则要看写程序概念,跟使用者及设备间的互动的使用接口(UI)。应用三十多年的Modbus,每个设备╱传感器╱开关状态都有专属register;SNMP网管协定则是MIB entry-每个网络装置有很多MIB entry(条列项);BLE则是GATT-attribute控制,装置可以注册很多Attribute,传输时交换这些Attribute值;其它框架则提供像get/set的函数功能供业界应用。资料库常见的ER(Entity Relationship)实体关系图,可以在IoT用来描绘各装置、提供功能/项目、外接外围/模块的串连关系,或以近代的物件导向语言,象是将装置视为因群组或情境的控制物件,而灯具、空调、窗帘可继承这个控制元件。

IoT装置包含与使用者互动,以及跟环境、设备间的互动的多元化。前者像Siri语言辨识命令、Gesture手势控制,后者则像前面提到的各种网络通讯协议。而像If This Than That(IFTTT)这类云端自动化服务,则是简化用户透过云端控制IoT装置的流程。

江肇元进一步指出,要剖析(Parsing)使用者自然语言(Natural Language)并了解其语意,需要可容错、允许模糊空间的文法,或采取关键字的作法;而动作侦测可藉由Neural networks(神经网络)、Sport Vector Machine(SVM),还有象是判断动作为打扫、运动、看电视的动作。

设备间的互动,尤其是不同通讯协定的装置如何共存,除了IoT装置走向IP化,以HTTP、JSON-RPC统一文字标准来转写沟通的软件程序,以及可具有自我定义能力的XML、JSON等资料格式。像JSON(Javascript Object Notation)剖析速度比XML快,且储存/传输资料量比XML少。

最后则是最近两三年才提出的WoT(Web of Things),也就是所有IoT装置,都内嵌了一个很精简的浏览器或HTTP服务器,仅需1~200KB储存空间,可用URI网址,或以JSON-RPC语法,透过HTTP或服务插槽(Socket)方式做远程呼叫(Remte Procesure Call;RPC)。

江肇元介绍了几个目前常见的软硬件解决方案,对于目前众多软件、平台等解决方案提出了属性、物件导向等共通的设计概念。这些共通的概念将有助于入门者在面对这些解决方案时,不至于眼花撩乱,同时讲者也认为掌握这些概念,将有助于开发者更容易开发相关的应用程序与系统,让家庭自动化的未来发展更值得期待。

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